< Terug naar vorige pagina
Project
Development of a diagnostic method for thermo-elastic characterization of coatings using laser-ultrasonics.
De karakterisatie en evaluatie van materialen die in de toekomst gebruikt zullen worden als structurele componenten in vloeibaar metaal gekoelde kernreactoren is uiterst belangrijk. Wanneer men materialen en componenten wil testen onder representatieve stralingscondities biedt een niet-destructieve en remote onderzoekstechniek vele voordelen. Akoestische enthermische golven opgewekt door laser excitatie is een volledig optische techniek die informatie geeft over zowel de elastische als thermische eigenschappen van een materiaal. Het doel van dit werk is om een diagnostische laser ultrasone techniek te ontwikkelen voor de thermoelastische karakterisatie van veelbelovende materialen die zullen ingezet worden voor structurele componenten in toekomstige kernreactoren. Om deze doelen te bereiken werd er in dit werk vertrokken vanuit een drietal laser ultrasone opstellingen die werden aangepast om oppervlakte- en thermische golven op te wekken in een reeks van specimens, waarvan sommige een optisch ruw oppervlak hebben. Hierdoor kunnen de elastische en thermische eigenschappen van de materialen bepaald worden voor zeer korte golfengtes enhoge frequenties.
Een theoretische benadering wordt voorgesteld die een thermische dispersiecurve berekent, startend vanuit de lage-frequentie limiet voor de gekoppelde thermoelastische vergelijking. Deze dispersiecurve is eenvoudig meetbaar en helpt om de thermische werking van een coating-substraat systeem te evalueren.
Voor de heterodyne diffractie opstelling wordt een response functie gepresenteerd waaruit de absolute amplitude van de verticale verplaatsingscomponent van monochromatischeoppervlaktegolven kan bepaald worden. Bovendien wordt er aangetoond datde signaalgrootte verdubbelt wanneer de opstelling aangepast wordt naareen differentiëele vorm.
Met een reeks van experimenten uitgevoerd op een aantal model monsters wordt de haalbaarheid van laser ultrasone technieken aangetoond. Voorafgaand aan deze experimenten wordt een theoretische studie uitgevoerd om de haalbaarheid van het inverse probleem te toetsen. Hiervoor worden de paarsgewijze covarianties van de kleinste-kwadraten kostfunctie onderzocht voor de parameters die het inverse probleem bepalen. Het bestaan en de vorm van het gebied rond een minimum bepaalt het vertrouwensinterval van de behaalde resultaten.
In het laatstedeel van dit werk wordt er aangetoond dat, naast het karakteriseren vanmaterialen, laser ultrasone technieken ook kunnen worden aangewend om bepaalde heterogeniteiten in materialen op te sporen. Een empirische relatie gebaseerd op experimentele waarnemingen en semianalytische berekeningen wordt afgeleid, waarmee wordt gedemonstreerd dat uit de voorplantingvan golven doorheen een plaat met een scheurtje informatie over de grootte van het scheurtje bekomen wordt.
Een theoretische benadering wordt voorgesteld die een thermische dispersiecurve berekent, startend vanuit de lage-frequentie limiet voor de gekoppelde thermoelastische vergelijking. Deze dispersiecurve is eenvoudig meetbaar en helpt om de thermische werking van een coating-substraat systeem te evalueren.
Voor de heterodyne diffractie opstelling wordt een response functie gepresenteerd waaruit de absolute amplitude van de verticale verplaatsingscomponent van monochromatischeoppervlaktegolven kan bepaald worden. Bovendien wordt er aangetoond datde signaalgrootte verdubbelt wanneer de opstelling aangepast wordt naareen differentiëele vorm.
Met een reeks van experimenten uitgevoerd op een aantal model monsters wordt de haalbaarheid van laser ultrasone technieken aangetoond. Voorafgaand aan deze experimenten wordt een theoretische studie uitgevoerd om de haalbaarheid van het inverse probleem te toetsen. Hiervoor worden de paarsgewijze covarianties van de kleinste-kwadraten kostfunctie onderzocht voor de parameters die het inverse probleem bepalen. Het bestaan en de vorm van het gebied rond een minimum bepaalt het vertrouwensinterval van de behaalde resultaten.
In het laatstedeel van dit werk wordt er aangetoond dat, naast het karakteriseren vanmaterialen, laser ultrasone technieken ook kunnen worden aangewend om bepaalde heterogeniteiten in materialen op te sporen. Een empirische relatie gebaseerd op experimentele waarnemingen en semianalytische berekeningen wordt afgeleid, waarmee wordt gedemonstreerd dat uit de voorplantingvan golven doorheen een plaat met een scheurtje informatie over de grootte van het scheurtje bekomen wordt.
Datum:1 okt 2009 → 30 sep 2013
Trefwoorden:Laser-ultrasonics
Project type:PhD project